Estudio de prefactibilidad tecnico- economica del uso del biogas para generar electricidad en granjas porcinas.

R.  Sosa y R. Chao

Instituto de Investigaciones Porcinas; Gaveta Postal No.1,  Punta Brava 19200, Ciudad de la Habana, Cuba. Email: iip00@ceniai.inf.cu

 

Introducción. Los problemas de la protección ambiental en las granjas  agropecuarias  tienen como solución el reciclado de los residuales y el uso óptimo de los recursos que se puedan generar como el biogás. La transformación del biogás en energía mecánica de alto valor  termodinámico es una opción técnicamente apropiada donde sea posible. En Europa y en algunos países de América Latina, como Bolivia y Cuba, se están dando los primeros pasos para el uso de biogás como precursor de electricidad. El objetivo del presente trabajo fue determinar mediante un estudio de prefactibilidad económica, la posibilidad de generar electricidad con el biogás generado por las granjas porcinas en Cuba.

 

Materiales y Métodos. Para este estudio se tuvo en cuenta los siguientes aspectos: Consumo diario de energía eléctrica en una granja porcina típica de 80 reproductoras (Unidad J. A. Mella, Habana, Cuba), tomando el consumo de energía eléctrica del equipamiento de la unidad y el tiempo de trabajo de los mismos incluyendo las luminarias. El análisis económico se realizó mediante la metodología recomendada en el curso de evaluación de Proyectos impartidos por el CITMA (Carballal. 2000). El precio de los grupos electrógenos se obtuvo a partir de datos de: ECOSOL del grupo COPEXTEL, Cuba y de la salida de la fábrica en la RFA. Los valores del Kwh. fueron suministrados por la Dirección económica del IIP. El cálculo de la potencialidad de producción de biogás se realizó según metodología de Werner, 1989.

 

Resultados. Se realizó un primer estudio de generación de electricidad con biogás asumiendo que se encontraran instalados calentadores eléctricos para los cerditos en unidades con capacidades de  80, 100, 160, 200, 250, 300, 400 y 500 cerdas reproductoras. En el Cuadro 1 se muestra el resultado de los cálculos realizados para unidades porcinas con las capacidades arriba señaladas y su  correspondiente consumo diario y anual de energía eléctrica. Como se puede apreciar, el índice de consumo anual de energía eléctrica disminuye a partir de 250 reproductoras, lo que indica que mientras mayor sea el número de animales en las granjas disminuye la intensidad energética. Se calculó las potencialidades de la producción de biogás según la metodología de Werner, (Cuadro 2).

 

Cuadro 1. Cantidad de calentadores, consumo diario y anual de energía eléctrica

 

Cerdas reproductoras

80

100

160

200

250

300

400

500

Calentadores 

10

12.5 1

20

25

31

35

44

55

Consumo diario de energía, Kwh

W

kkwhKwhKwh eléctrica (kwh)

16

20

32

40

49.6

56

70.4

88

Consumo anual  de energía, Kwh eléctrica (kwh)

5840

7300

11680

14600

18104

20440

25696

32120

Índice de consumo anual de energía eléctrica por Reproductora (kwh)

73

73

73

73

72

68

64

64

1Los calentadores eléctricos son suministrados por lo general dobles.  En el caso de 100 cerdas reproductoras habría que suministrar 12 dobles y uno sencillo.

 

Cuadro 2. Cálculo del potencial y consumo de producción de biogás

 

Cerdas reproductoras

80

100

160

200

250

300

400

500

Potencial de producción de biogás, m3día

95.4

118.8

190.8

237.6

297

356.4

475.2

594

Potencia del Grupo electrógeno, Kw

2.5

3

4.5

5.5

7

7.5

9,5

11.5

Consumo de biogás, m3día

20

24

36

44

56

60

76

92

Relación entre consumo y potencial de producción  de biogás, %

21

20

19

19

19

17

16

15

 

Los valores de potencia de los grupos electrógenos se seleccionaron de acuerdo con la demanda eléctrica de los calentadores según la cantidad de reproductoras y a las capacidades existentes en el mercado. La relación entre  consumo y potencial de producción de biogás disminuyó a medida que aumentaba el número de animales variando entre el 21 y 15 %, lo cual indica que existe una potencialidad de producción disponible para otros usos. Con los resultados obtenidos anteriormente se realizó un análisis económico según la metodología evaluación de proyectos en uso en condiciones cubanas.

 

Cuadro 3. Indicadores económicos

 

Cerdas reproductoras

160

200

250

300

400

500

Costo de Inversión, USD

 

2400

2700

3100

3600

4400

6187

Costo de mantenimiento y operación anual (USD)

280

385

492

650

920

1100

Tasa de B/C

 

1.1

1.4

1.46

1.36

1.32

1.25

Sensibilidad, %

 

10

40

46

36

32

25

PRI Años

 

3.81

2.7

2.46

2.69

2.71

3.14

VAN, USD

 

359

1417

1941

1828

2116

2164

TIR, %

 

15

> 50

>50

>50

>50

40

Tasa B/C: Tasa de beneficio costo. PRI: Periodo de recuperación de la inversión.VAN: Valor neto actual. TIR: Tasa interna de retorno.

 

Se consideró una tasa de descuento o factor de actualización del 10 % y una vida del proyecto de 5 años. De acuerdo con el Cuadro 3 no se reflejan los indicadores para 80 y 100 reproductoras ya que los valores que se obtuvieron aconsejan no realizar esas inversiones, pues no son rentables. No obstante, el resto de las instalaciones analizadas muestran valores económicos muy favorables, como son los por cientos en el TIR que en la mayoría de las granjas están por encima del 50% y el periodo de recuperación de la inversión (PRI) que  se encuentra entre  3 y 4 años inferiores a la vida del proyecto que se consideraron como 5. Se realizó un segundo estudio de generación de electricidad con biogás para lo cual se tomaron los valores de los equipos eléctricos y el tiempo de trabajo de los mismos así como del sistema de alumbrado en una unidad de 80 cerdas reproductoras del Instituto de Investigaciones Porcinas. De acuerdo con estos resultados, se necesitaría un grupo electrógeno de 13 Kw para satisfacer el consumo de la unidad, pero las luminarias que se utilizan son  casi siempre después de terminada las labores, por lo tanto con un grupo de 11.5 KVA se puede cubrir la demanda de energía eléctrica de la granja. No obstante, de acuerdo con el cuadro 2, la potencialidad de producción de biogás para este caso es 95.4 m3día. Esta cantidad sólo alcanza para generar la energía necesaria en 8 horas de trabajo. Esto quiere decir que generando la electricidad con biogás durante 8 horas al día se ahorraría 55.29 Kwh diariamente ó 20181 Kwh al año. Con los resultados anteriores también se realizó un análisis económico según la metodología antes mencionada, para lo cual se consideró el costo de la energía eléctrica entre 0.09 y 0.15 USD el Kwh. A continuación se presentan los valores encontrados para el costo de la energía eléctrica en 0.15 USD:

Costo de Inversión:                                                        9250 USD

Costo de Mantenimiento y Operación anual:                    925 USD

Tasa de B/C:                                                               1.04

 Sensibilidad:                                                                4 %   

PRI Años:                                                                   4.69 

VAN:                                                                           400 USD  

TIR:                                                                            13 %

El análisis económico mostró que para valores del costo de la energía eléctrica entre 0.09 y 0.14 USD no es rentable la inversión. Para valores de 0.145 USD/Kwh es el punto marginal de equilibrio y con valores superiores se logra rentable la generación de electricidad para este caso. Lo que provoca que la instalación no sea rentable son los precios de los grupos electrógenos, así como su costo de mantenimiento.

 

Conclusiones. Es factible desde el punto de vista técnico y económico generar electricidad usando como combustible el biogás para calentar las crías porcinas, con la condición de que la granja posea 160 reproductoras o más en condiciones de producción de cerdos en Cuba. Si se subvencionara parte, o totalmente, la adquisición de los  grupos  electrógenos, entonces si serían rentables las inversiones en generación de electricidad a partir del biogás producido por las granjas porcinas.